A.1 Rotary Dryer (RD-101)

(1)

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

Kapasitas produksi dimetil eter (96%) = 50000 ton/tahun, dengan ketentuan sebagai berikut :

1 tahun = 330 hari kerja 1 hari kerja = 24 jam

Basis = 1 jam

Kapasitas pabrik tiap jam = 5000 ton/tahun × 1000 kg/ton × 1tahun / 330hari × 1hari / 24 jam

= 6313,16516 kg/jam

A.1 Rotary Dryer (RD-101)

Rotary Dryer (RD-101) digunakan untuk mengeringkan umpan tandan kosong kelapa sawit (TKKS) dari kandungan air awal sebesar 25% menjadi kandungan air yang diinginkan untuk gasifikasi yaitu 12% (Lee,dkk, 2006).

2

14

3

13

Input :

F2 : Aliran umpan tandan kosong kelapa sawit dengan kandungan air 25% F13 : Aliran gas pemanas dari buangan Cyclone ke-2 (S-202)

Output :

(2)

Neraca Massa Total : F2 + F13 = F14 + F3

Neraca Massa Komponen :

H2O  F2H2O + F13H2O = F14H2O + F3H2O

N2  F13N2 = F14N2

O2  F13O2 = F14O2

CO2  F13CO2 = F14CO2

SO2  F13SO2 = F14SO2

TKKS  F2TKKS = F3TKKS

Berat total TKKS input aliran 2 = 101404,000 kg Kandungan air dalam TKKS mula-mula = 25 % berat Berat air dalam TKKS mula-mula = 25351,000 kg Kandungan air dalam TKKS diinginkan = 12 % berat

Misal :

Berat air dalam TKKS setelah dikeringkan = a kg

Berat TKKS basis kering = b = 76053,000 kg Sehingga,

a / (a + b) = 0,12

a = 0,12a + 0,12b a = 0,12b / 0,88 a = 10370,864 kg

Berat air teruapkan = berat air dalam TKKS mula-mula – berat air dalam TKKS setelah dikeringkan

(3)

Tabel A.1 Neraca Massa pada Rotary Dryer (RD-101)

Komponen Masuk (kg) Keluar (kg)

Aliran 2 Aliran 13 Aliran 14 Aliran 3

H2O 25351,000 6571,710 21551,846 10370,864

N2 47780,916 47780,916

O2 1554,395 1554,395

CO2 18618,301 18618,301

SO2 858,941 858,941

Olivine 205,010 205,010

MgO 14,110 14,110

Abu 28,219 28,219

Char 1,681 1,681

TKKS 76053,000 76053,000

Subtotal 101404,000 75633,282 90613,419 86423,864

(4)

A.2 Reaktor Gasifier (R-201)

Reaktor Gasifier (R-201) digunakan untuk mengubah umpan tandan kosong kelapa sawit (TKKS) menjadi gas sintesis (syngas) dengan proses gasifikasi

3

12

4

Input :

F3 : Aliran tandan kosong kelapa sawit yang telah dikeringkan F12 : Aliran olivine yang terbawa dari Cyclone ke-2 (S-202) Output :

F4 : Aliran gas sintesis yang terbentuk dari proses gasifikasi

Neraca Massa Total : F3 + F12 = F4

Neraca Massa Komponen :

H2O  F3H2O + F4H2O = F4H2O TKKS  F3TKKS

(5)

Olivine  F12Olivine = F5Olivine

Tabel A.2 Parameter Operasi Gasifier, Yield dan Komposisi Gas Hasil Sintesis

Variabel Gasifier Nilai

Tipe Gasifier BCL (Battelle Columbus Laboratory) Temperatur Operasi 1598 oF (870 oC)

Tekanan Operasi 23 psia (1,6 bar)

Steam per umpan TKKS 0,39725 lb/lb TKKS (basis kering) Olivine yang di-recycle 26.92652 lb/lb TKKS (basis kering) Komposisi gas sintesis % mol

H2 20,960

CO2 11,100

CO 46,300

CH4 15,700

C2H4 5,200

C2H6 0,740

Gas hasil sintesis 0,03503 lb-mol gas kering/lb TKKS (basis kering)

Char yang dihasilkan 0,221 lb/lb TKKS (basis kering) Sumber : Technical Report NREL/TP-510-37408 May 2005

A.2.1 Menghitung aliran massa masing-masing komponen dalam gas hasil

sintesis

Massa TKKS (basis kering) = 76053,000 kg = 167666,444 lb

Mol gas hasil sintesis = 0,03503 lb-mol gas/lb TKKS (basis kering) = 0,03503 x 167666,444 lb

= 5873,356 lb-mol = 2664,109 kmol

Dari tabel A.2, aliran massa masing-masing komponen gas dapat dihitung dengan rumus :

mi = xi × ngas × BMi

dimana :

(6)

xi = fraksi mol komponen i ngas = mol gas kering (kmol)

BMi = berat molekul komponen gas i

Komponen gas xi × ngas (kmol) BMi mi (kg)

H2 558,397 2,020 1127,963

CO2 295,716 44,010 13014,468

CO 1233,483 28,010 34549,849

CH4 418,265 16,040 6708,973

C2H4 138,534 28,050 3885,870

C2H6 19,714 30,070 592,812

A.2.2 Menghitung komponen H2O dalam gas sintesis

Kebutuhan Steam = 0,39725 lb/lb TKKS (basis kering)

= 0,39725 × 167666,444 lb

= 66605,495 lb = 30212,054 kg Maka,

H2O dalam gas sintesis = H20 aliran 3 + H2O aliran 3a

= 10370,864+ 30212,054

= 40582,918 kg

A.2.3 Menghitung olivine yang di-recycle ke R-201 (aliran 12)

Olivine yang di-recycle = 26,927 lb/lb TKKS (basis kering)

= 26,927 × 167666,444 lb

= 4514673,852 lb = 2047842,626 kg

A.2.4 Menghitung char yang dihasilkan

Char yang dihasilkan = 0,221 lb/lb TKKS (basis kering)

= 0,221 × 167666,444 lb

(7)

Tabel A.3 Neraca Massa pada Reaktor Gasifier (R-201)

Aliran 3 Aliran 3a Aliran 12 Aliran 4

H2 1127,963

CO2 13014,468

CO 34549,849

H2O 10370,864 30212,054 40582,918

CH4 6708,973

C2H4 3885,870

C2H6 592,812

Olivine 2047842,626 2047842,626

Char 16807,713

TKKS 76053,000 0,000

Subtotal 86423,864 30212,054 2047842,626 2164478,543

(8)

A.3 Char Combustor (R-202)

Char Combustor berfungsi untuk membakar char (arang) hasil dari gasifikasi

pada Reaktor Gasifier (R-201)

11

5

10 8

Input :

F5 : Aliran char + olivine dari Cyclone ke-1 (S-201) F8 : Aliran make up olivine + MgO

F10 : Aliran udara pembakar Output :

F11 : Aliran produk dari Char Combustor (R-202)

Neraca Massa Total : F5 + F8 + F10 = F11

Neraca Massa Komponen : H2O  F11H2O

N2  F10N2 = F11N2

O2  F10O2 = F11O2 CO2  F11CO2

SO2  F11SO2

(9)

Abu  F11Abu

Char  F6Char = F11Char

Komposisi TKKS (basis kering) :

Komponen C H O N S Abu

% berat 43,52 5,72 48,9 1,2 0,66 4,5

Kandungan air TKKS = 12 %

Sumber : Thermodynamic Data for Biomass Conversion and Waste Incineration

A.3.1 Menghitung komposisi char yang terbentuk dari gasifikasi TKKS

Kapasitas bahan baku (TKKS) = 76053 kg (basis kering) = 167666,444 lb

a. Karbon (C) pada char TKKS

F3C TKKS = 43,52 % × kapasitas bahan baku (TKKS) = 33098,3 kg

Karbon pada gas hasil sintesis

Karbon pada gas hasil sintesis dihitung dengan rumus :

Ci = (BMCi / BMi) × mi

dimana :

Ci = kandungan karbon pada komponen gas i (kg)

BMCi = berat molekul total unsur karbon dalam komponen gas i (kg/kmol) BMi = berat molekul komponen gas i (kg/kmol)

mi = massa komponen gas i (kg)

Komponen gas i BMi BMCi BMCi/BMi mi Ci

CO2 44,0097 12 0,273 13014,468 3548,618

CO 28,0109 12 0,428 34549,849 14801,316

CH4 16,0429 12 0,748 6708,973 5018,275

C2H4 28,0538 24 0,855 3885,870 3324,358

C2H6 30,0699 24 0,798 592,812 473,147

(10)

Maka, karbon pada char TKKS

= karbon pada TKKS – karbon pada gas sintesis = 33098,2656 -27165,715

= 5932,551 kg b. Hidrogen (H) pada char _TKKS

F3H TKKS = 5,72 % × kapasitas bahan baku (TKKS karet) = 4350,23 kg

Hidrogen pada gas hasil sintesis

Hidrogen pada gas hasil sintesis dihitung dengan rumus :

Hi = (BMHi / BMi) × mi

dimana :

Hi = kandungan hidrogen pada komponen gas i (kg)

BMHi = berat molekul total unsur hidrogen dalam komponen gas i (kg/kmol) BMi = berat molekul komponen gas i (kg/kmol)

Komponen gas i BMi BMHi BMHi/BMi mi Hi

H2 2,016 2,016 1,000 1127,963 1127,963

CH4 16,0429 4,032 0,251 6708,973 1686,140

C2H4 28,0538 4,032 0,144 3885,870 558,492

C2H6 30,0699 6,048 0,201 592,812 119,233

Total kandungan hidrogen pada gas hasil sintesis (gasifikasi) 3491,828

Maka Hidrogen pada char TKKS

= Hidrogen pada TKKS – Hidrogen pada gas sintesis = 4350,2316 - 3491,828 kg

= 858,403 kg

c. Oksigen (O) pada char _TKKS

Oksigen pada TKKS = 48,9 % × kapasitas bahan baku (TKKS karet) = 37189,9 kg

Oksigen pada gas hasil sintesis

Oksigen pada gas hasil sintesis dihitung dengan rumus :

(11)

dimana :

Oi = kandungan oksigen pada komponen gas i (kg)

BMOi = berat molekul total unsur oksigen dalam komponen gas i (kg/kmol) BMi = berat molekul komponen gas i (kg/kmol)

Komponen gas i BMi BMOi BMOi/BMi mi Oi

CO2 44,0097 31,998 0,727 13014,468 9462,271475 CO 28,0109 15,9988 0,571 34549,849 19733,6084

Total kandungan oksigen pada gas hasil sintesis (gasifikasi) 29195,87988

Maka oksigen pada char TKKS

= Oksigen pada TKKS – Oksigen pada gas sintesis = 37189,917 - 29195,87988

= 7994,04 kg

d. Nitrogen (N) pada char TKKS

Nitrogen pada TKKS = 1,2 % kapasitas bahan baku (TKKS) = 912,636 kg

e. Sulfur (S) pada char TKKS

F3S TKKS = 0,66 % kapasitas bahan baku (TKKS) = 501,95 kg

Sulfur pada gas hasil sintesa (gasifikasi)

Dalam gas sintesa TKKS dihasilkan komponen sulfur, namun yield H2S akan berkurang seiring dengan peningkatan suhu. Karena pada suhu >460 oC, komponen sulfur tidak membentuk senyawa yang berikatan dengan komponen lainnya (Mostovoi, dkk, 2007). Sehingga komponen sulfur dalam TKKS yang jumlahnya sangat sedikit juga tidak membentuk gas H2S atau berikatan dengan senyawa lainnya. Sehingga komponen sulfur dalam gas sintesis adalah:

F5S gas sintesa TKKS = 0 kg

(12)

= 501,95 – 0 = 501,95 kg

f. Abu pada char TKKS

F3Abu TKKS = F6Abu char F3Abu TKKS = 3422,39 kg F6Abu char = 3422,39 kg

A.3.2 Estimasi formula (rumus molekul) char TKKS F6total charTKKS = F

6

C char + F6H char + F6O char + F6N char + F6S char + F6Abu

char

= 19622 kg

Komposisi char TKKS

Komponen C H O N S Abu

berat (kg) 5932,551 858,403 7994,0371 912,636 501,950 3422,385 % berat (% w) 30,2342 4,375 40,740 4,651 2,558 17,442

Digunakan perbandingan antara Char kayu poplar dengan Char TKKS BM Char poplar* = BM1 = 217 kg/mol

HHV char poplar* = HHV1 = 13058,17 Btu/lb = 30373,582 kJ/kg *

Sumber : Technical Report NREL/TP-510-37408 May 2005

# Menghitung HHV char TKKS (HHV2)

HHV = 146,58×%wC+568,78×%wH–51,53×(%wO + %wN)+29,45×%wS–6,58%wAbu (Sumber : Thermodynamic Data for Biomass Conversion and Waste Incineration) HHV2 = 4541,53 Btu/lb = 10563,706 kJ/kg

# Menghitung BM char TKKS (BM2) BM2 = (HHV2 × BM1) / HHV1 BM2 = 75,471 4 kg/mol

Misalkan rumus molekul char TKKS : CpHyOzNbStAbur

p = (XC x BM2) / BM C y = (XH x BM2) / BM H

(13)

z = (XO x BM2) / BM O b = (XN x BM2) / BM N

z = 1,921836 b = 0,2507

t = (XS x BM2) / BM S r = (XAbu x BM2) / BM Abu

t = 0,060212 r = 0,4293

Ket. : XC, XH, XO, XN, XS, dan XAbu merupakan fraksi berat C, H, O, N, S, dan Abu Maka formula char TKKS adalah :

C1,89H3,27O1,92N0,25S0,06Abu0,42

A.3.3 Menghitung produk pembakaran char TKKS

Reaksi pembakaran sempurna char TKKS :

C1,8H3,2O1,9N0,2S0,06Abu0,42+ 7,457 O2 8,5 CO2 + 0,049 SO2 + 0,07 H2O +0,227Abu

Komponen udara Fraksi mol

(14)

F9N2 dalam excess air = 47780,916 kg

N11CO2 = 423,047 kmol

F10CO2 = 423,047 kmol × 44,0097 kg/kmol = 18618,3 kg

N11SO2 = 13,408 kmol

F11SO2 = 13,408 kmol × 64,0616 kg/kmol = 858,941 kg

N11H2O = 364,69 kmol

F11H2O = 364,69 kmol × 18,0151 kg/kmol = 6571,71 kg

N11Abu = 95,5892 kmol

F11Abu = 95,5892 kmol × 30,7498 kg/kmol = 2939,35 kg

N11N2 = N7N2

= 453,399 kmol

F11N2 = 453,399 × 14,0067 × 2 kg/kmol = 12701,3 kg

N11O2 = 48,578 kmol

F11O2 = 48,578 kmol × 15,9988 × 2 kg/kmol = 1554,4 kg

N11char = 0,02227 kmol

(15)

Tabel A.4Neraca Massa pada Char Combustor (R-202)

H2O 6571,710124

N2 47780,92 47780,92

O2 14507,690 1554,395334

CO2 18618,3008

SO2 858,940596

Olivine 2252,6269 2047842,644 2050095,252

MgO 14,1097 13,9143

Abu 2939,348

Char 19621,962 1,681

Subtotal aliran 62288,606 2266,7365 2067464,606 2132019,932

(16)

A.4 Cyclone 1 (S-201)

Cyclone 1 (S-101) berfungsi memisahkan partikel char + olivine + abu yang terbawa aliran gas hasil sintesis dari Reaktor Gasifier (R-101)

4

16

5

Aliran 4 adalah gas sintesa + char + olivine yang berasal dari Gasifier (R-201) Aliran 5 adalah olivine + abu

Aliran 16 dalah produk gas sintesis + residu char

Cyclone 1 (S-101) memisahkan mayoritas 99,9% olivine dan char

Neraca massa komponen :

Char : F6char = 99,90% × F5char = 16806,032 kg Olivine : F6Olivine = 99,90% × F4Olivine = 2047637,841 kg

Tabel A.5 Neraca Massa pada Cyclone 1 (S-201)

Aliran 4 Aliran 5 Aliran 16

H2 1127,963 1127,963

CO2 40582,918 40582,918

CO 34549,849 34549,849

H2O 13014,468 13014,468

CH4 6708,973 6708,973

C2H4 592,812 592,812

C2H6 3885,870 3885,870

Olivine 2047842,626 2047637,841 204,784

Char 16807,713 16806,032 1,681

Subtotal 2165113,192 100669,318 2064443,874

(17)

A.5 Cyclone 2 (S-202)

Cyclone 2 (S-202) berfungsi memisahkan 99,9% olivine dari gas pembakaran dan selanjutnya olivine dikirim kembali ke reaktor gasifier (R-201)

13

12

11

Aliran 11 adalah gas hasil pembakaran + char + olivine yang berasal dari Char Combustor (R-202)

Aliran 13 adalah gas buang + abu

Aliran 12 adalah olivine yang dikirim kembali ke gasifier (R-201)

Neraca massa komponen :

Olivine : F12char = 99,90% × F8char = 1972275 kg Olivine : F9Olivine = F8Olivine – F10Olivine = 1974,249 kg

Tabel A.6 Neraca Massa pada Cyclone 02 (CY-02)

H2O 6571,710 6571,710

N2 47780,916 47780,916

O2 1554,395 1554,395

CO2 18618,301 18618,301

SO2 858,941 858,941

Olivine 2050095,252 205,010 2049890,243

MgO 13,914 13,914 0,000

Abu 28,219 28,219 0,000

Char 1,681 1,681 0,000

Subtotal aliran 2125523,330 75633,087 2049890,243

(18)

A.6 Mix Point MgO dan Make-up Olivine (MP-101)

Mix Point MgO dan Make-up Olivine berfungsi sebagai titik pencampuran aliran make up olivine + MgO

6 7

Aliran 6 adalah aliran Make Up Olivine Aliran 7 adalah aliran MgO

Aliran 8 adalah aliran Keluar Mix Point

Asumsi : Potasium (Kalium) di dalam abu CKS adalah 0,2 % berat

Aliran MgO ditentukan sebesar dua kali aliran molar potasium dalam abutotal Abutotal = Abu TKKS + abu dari Cyclone 2 (S-202)

Abu dalam TKKS = 4,5% dari massa TKKS basis kering = 3422,385 kg

Abu = 3422,385 kg/jam

Potasium dalam abuin = 6,84477 kg/jam BM Potasium = 39,102 g/mol

Aliran molar potasium = Potasium dalam abuin / BM Potasium = 0,175 kmol/jam

BM MgO = 40,302 g/mol

MgO suplai = 2 × Aliran molar potassium = 0,350 kmol/jam

= 14,110 kg/jam = 111748,490 kg/tahun

(19)

Make up olivine yang diperlukan adalah 0.11 % dari olivine yang kembali ke R-202

untuk menutupi olivine yang terbuang dari cylone.

F12olivine = 0,0011 × olivine yg di recycle = 0,0011 × 2047842,626

= 2252,627 kg/jam = 171840804,95 kg/tahun

Tabel A.7 Neraca Massa pada Mix point

Olivine 2252,627 2252,627

MgO 14,110 14,110

Subtotal aliran 14,110 2252,627 2266,737

(20)

A.7 Reformer (R-203)

Reformer (R-203) berfungsi untuk mengkonversi CH4, C2H4 dan C2H6 menjadi CO dan H2.

16

17

Aliran 16 adalah aliran dari Cyclone 2 (S-202) Aliran 18 adalah aliran gas sintesis keluaran R-203

Reaksi yang terjadi di reformer:

CH4 + H2O  CO + 3 H2 (Reaksi 1) C2H4 + 2 H2O  2 CO + 4 H2 (Reaksi 2) C2H6 + 2 H2O  2 CO + 5 H2 (Reaksi 3)

Konversi CH4 = 20 % dari total CH4 input Konversi C2H4 = 50 % dari total C2H4 input Konversi C2H6 = 90 % dari total C2H6 input

Reaksi 1

(21)

(22)

(23)

N17C4H8 = 0,021 kmol F17C4H8 = 1,15141 kg N17H2O (total) = 1994,43155 kmol F17H2O (total) = 35939,65648 kg N17CO (total) = 1968,06125 kmol F17CO (total) = 55125,39565 kg N17H2 (total) = 679,336373 kmol F17H2 (total) = 1372,25947 kg

Banyaknya katalis (olivine) yang diperlukan untuk Reformer (R-203) adalah

= 60 lb / 243000 lb gas sintesis (Technical Report NREL/TP-510-37408 May 2005)

Gas sintesis = 100669,318 kg = 221937,593 lb

Katalis yang diperlukan = 60 × 221937,593 / 243000 = 54,799 lb

= 24,857kg

Tabel A.8 Neraca Massa pada Reformer (R-203)

aliran 16 aliran 17

H2 _1127,963 1372,259

CO2 _40582,918 13014,468

CO _34549,849 55125,396

H2O _13014,468 35939,656

CH4 _6708,973 5367,179

C2H4 _592,812 1942,935

C2H6 _3885,870 59,281

Olivine _204,784 204,784

Char _1,681 1,681

Subtotal aliran 2064443,874 2064443,874

(24)

A.8 Scrubber (M-301)

Scrubber berfungsi untuk mendinginkan aliran gas panas sampai temperaturnya 60 oC dan membersihkan partikel pengotor (char dan olivine) dari aliran gas

19 18

20 21

Aliran 18 adalah aliran gas panas dari Heat Exchanger

Aliran 21 adalah aliran gas yang telah bersih dan dingin (T = 60 oC).

Aliran 19 adalah aliran air yang diambil dari aliran gas sintesis yang terabsorpsi, dimana berfungsi untuk membersihkan aliran gas dari char dan olivine.

Aliran 20adalah aliran sludge (char dan olivine) yang terserap oleh air (dikirim ke pengolahan limbah).

A.8.1 Menghitung kebutuhan air untuk membersihkan gas sintesis

Menurut Technical Report NREL/TP-510-37408 May 2005,untuk mendinginkan gas sintesis dari gasifier tipe BCL sampai temperaturnya mencapai 60 oC diperlukan air sebanyak 2 galon per menit untuk kapasitas 2000 ton umpan kering pabrik/hari. 1 galon air = 3,7854 Liter

(25)

Kebutuhan air untuk scrubber adalah 2 galon per menit untuk kapasitas 2000 ton umpan kering pabrik/hari, sehingga untuk kapasitas pabrik diperlukan air sebanyak :

Kebutuhan air untuk scrubber = F19H2O = 76,143galon/menit = 4568,58 galon/jam = 17293,90273 kg/jam = 959,706034 kmol/jam

Air yang dihasilkan pada aliran 20 = F20H2O = 2 galon/menit = 120 galon/jam = 454,248 kg/jam

= 25,20799112 kmol/jam

Komposisi umpan gas masuk Scrubber (M-301)

Komponen kg kmol %mol komponen yang di absorpsi

H2 1372,259 679,336 0,000001

CO2 13014,468 295,716 0,999 CO 55125,396 1968,061 0,645057 H2O 35939,656 1994,432 -

CH4 5367,179 334,612 0,999001 C2H4 1942,935 69,267 0,997506

C2H6 59,281 1,971 0,997010

Olivine 204,784 0,978 1,00

Char 1,681 0,011 1,00

Sumber : Technical Report NREL/TP-510-37408 May 2005

A.8.2 Menghitung komponen yang terabsorpsi (F20) :

N20H2 = 0,000001 × 679,336 = 0,001 kmol

F20H2 = 0,002 kg

N20CO2 = 0,999 × 295,716 = 295,420 kmol

F20CO2 = 13001,453 kg

(26)

N20CO = 0,645057 ×1968,06 = 1269,512 kmol

F20CO = 35559,028 kg

N20CH4 = 0,999001 × 334,612 = 334,278 kmol

F20CH4 = 5361,817 kg

N20C2H4 = 0,997506 × 69,267 = 69,094 kmol

F20C2H4 = 1938,089 kg

N20C2H6 = 0,997010 ×1,971 = 1,966 kmol F20C2H6 = 59,104 kg

N20Olivine = 1,00× 0,978 = 0,97763097 kmol F20Olivine = 204,784263 kg

N20Char = 1,00× 0,011 = 0,0111816 kmol F20Char = 1,680771 kg

A-8.3 Menghitung komponen sirkulasi air absorber (F20):

N19H2O = 958,57167 kmol

F19H2O = 17273,462 kg

N19CO2 = (0,1/100) × N29CO2 0,295 kmol F19CO2 = 13,001 kg

N19CH4 = (0,1/100) × N19CH4 0,17274 kmol

F19CH4 = 5,362 kg

N19C2H4 = (0,25/100) × N19C2H4 = 0,17274 kmol

F19C2H4 = 4,8452 kg

N19C2H6 = (0,3/100) × N19C2H6 = 0,0059 kmol

(27)

N19H2O = 2 galon/menit = 25,20799 kmol

F19H2O = 454,2480 kg

Tabel A.9 Neraca Massa pada Scrubber (M-301)

H2 1372,259 1372,258 0,002

CO2 13014,468 13,014 13001,453

CO 55125,396 19566,368 35559,028

H2O 35939,656 17273,462 18211,947 454,248

CH4 5367,179 5,362 0,000 5361,817

C2H4 1942,935 4,845 0,000 1938,089

C2H6 59,281 0,177 0,000 59,104

Olivine 204,784 204,784

Char 1,681 1,681

Subtotal 113027,639 17283,846 39163,588 56580,206

(28)

A.9 Gas Compression

Gas Compression berfungsi untuk menaikkan tekanan aliran gas sampai dengan 2068 kPa

Kompresi gas terdiri dari 3 tahap kompresi (Pawal = 103,4 kPa). Knock Out Drum dipasang sebelum melewati kompresor. Intercooler dipasang setelah melewati compressor.

Masing – masing kompresor dimodelkan memiliki efisiensi politropik = 78%.

Masing – masing intercooler mendinginkan sampai 60 oC kecuali S-303 sampai 43,33 oC.

Tekanan dinaikkan sebagai berikut :

(29)

Pressure Drop (DP) yang diizinkan pada intercooler adalah = 13,8 kPa

Neraca massa untuk kompresi gas ini tidak dapat dilakukan alat per alat karena masing-masing alat berhubungan satu sama lain (ada 3 aliran recycle). Oleh karena itu, neraca massa pada kompresi gas ini dihitung sebagai satu sistem.

Algoritma perhitungan neraca massa pada sistem kompresi gas ini adalah sebagai berikut :

1. Mulai dari S-301. Aliran recycle dari S-302A belum ada. Dilakukan perhitungan VLE (PT Flash, P = 103,4 kPa, T = 333.15 K, trial V/F, zi = zi). 2. Didapatkan aliran uap dan aliran liquid dari S-301. Aliran liquid dikirim ke

utilitas sedangkan aliran uap dikompres dan didinginkan sebelum menuju S-302A. Digunakan yi aliran uap ini sebagai zi untuk S-302A yang digunakan juga untuk menghitung VLE pada S-302A (PT Flash, P = 208,671 kPa, T = 333,15 K, trial V/F)

3. Didapatkan aliran uap dan aliran liquid dari S-302A. Aliran liquid direcycle ke S-301. Nilai zi untuk S-301 diperbarui dengan penambahan aliran recycle ini.

4. Dilakukan kembali perhitungan pada no. 1 - 3 sampai komposisi mol aliran liquid recycle dari S-302 konvergen. Toleransi +/- 0,1 kmol.

5. Dilanjutkan ke S-302B. Digunakan yi terbaru dari aliran uap S-302A sebagai zi untuk S-302B. Dihitung VLE (PT flash, P = 761,858 kPa, T = 333,15 K, trial V/F)

6. Didapatkan aliran uap dan aliran liquid dari S-302B. Aliran liquid direcycle ke S-302A. Diperbarui nilai zi untuk S-302A dengan penambahan aliran recycle ini.

7. Dilakukan kembali perhitungan pada no. 5. Trial dihentikan sampai komposisi mol aliran liquid recycle dari S-302B konvergen (toleransi +/- 0,1kmol)

8. Diperbarui nilai zi untuk 302B dengan penambahan aliran recycle dari S-302B yang baru.

9. Dilakukan kembali perhitungan VLE pada S-30B. Trial dihentikan sampai komposisi mol recycle dari S-302A konvergen (toleransi +/- 0,1 kmol). 10.Dilajutkan ke S-303. Digunakan nilai yi terbaru dari S-302B sebagai nilai zi

(30)

11.Didapatkan aliran uap dan aliran liquid dari S-303. Aliran liquid direcycle ke S-302B. Perbarui nilai zi untuk S-302B dengan penambahan aliran recycle ini.

12.Dilakukan kembali perhitungan VLE pada S-302B. Trial dihentikan sampai komposisi mol aliran recycle dari S-302D konvergen (toleransi 0,1 kmol). 13.Diperbarui nilai zi untuk S-303 dengan penambahan aliran recycle yang baru

dari S-302B. Dilakukan kembali perhitungan VLE pada S-303 sampai komposisi mol aliran konvergen (toleransi +/- 0,1 kmol).

Neraca massa dihitung dengan menggunakan kesetimbangan uap cair (Vapor Liquid Equilibrium, VLE). Rumus perhitungannya adalah sebagai berikut :

1. Menghitung tekanan uap masing-masing komponen pada kondisi keluar ln Pv = A – B/(C+T) (Sumber: Perry's CEH)

dimana : Pv = Tekanan uap, kPa

A, B, dan C = konstanta Antoine untuk masing-masing komponen T = Temperatur (K)

2. Trial fraksi uap aliran keluar sampai jumlah fraksi uapnya ~ 1

C

dimana : Ki = konstanta kesetimbangan uap-cair komponen i zi = fraksi mol komponen i aliran keluar

H2 _680,057 _{0,245015 68053,6484 658,159076 0,398342807 0,00060524} CO2 _{0,296 0,0001066 77290,4166 747,489522 0,000173296 2,3184E-07} CO _{698,865 0,2517911 44211,0049 427,572581 0,409149322 0,00095691} H2O _{1396,356 0,5030873 19,9315569 0,19276167 0,192430905 0,99828406}

(31)

Komponen Top S-301 Bottom S-301

H2 _679,4096 _0,6476

CO2 _0,2956 _0,0002

CO _697,8411 _1,0239

H2O _328,2083 _1068,1477

Subtotal _1705,755 _1069,819

Knock Out Drum (S-302A), PT Flash, Pt = 280,671 kPa , T = 333,150 K

680,059 0,3630573 68053,6484 242,467877 0,459062965 0,00189329

CO2 0,296

0,0001578 77290,4166 275,377494 0,000199611 7,2486E-07 CO

698,125 0,3727022 44211,0049 157,519086 0,470980111 0,00298999 H2O

494,665 0,2640826 19,9315569 0,07101401 0,070475352 0,9924148

Subto

-tal

1873,144 1 1,000 1,000

Komponen Top S-302A Recycle Bottom S-302A

(32)

Knock Out Drum (S-302B) PT Flash, Pt = 761,858 kPa , T = 333,150 K)

679,934 0,4589601 68053,6484 89,3259295 0,482831421 0,00540528 CO2

0,295 0,0001994 77290,4166 101,449936 0,000209832 2,0683E-06 CO

696,949 0,4704451 44211,0049 58,0305274 0,494756638 0,0085258 H2O

104,288 0,0703953 19,9315569 0,02616178 0,024603566 0,94043916

Subto-tal

1481,467 1 1,000 1,000

Komponen Top S-302B Recycle Bottom S-302B

ke S-302A

H2 679,534 0,4816747 66335,8936 32,077318 0,491921295 0,01533549 CO2 0,295 0,0002093 47297,1616

22,870967

9 0,000213724 9,3448E-06 CO 696,317 0,4935713 40363,2555

19,518015

2 0,503849089 0,02581457 H2O 34,627 0,0245446 8,7799727

0,0042456

3 0,004061981 0,956743

Subto tal

1410,773

(33)

Komponen Top S-303 Recycle Bottom S-303 ke S-302B

H2 679,0687 0,4652

CO2 0,2950 0,0003

CO 695,5343 0,7830

H2O 5,6073 29,0196

Subtotal 1380,505 30,268

Tabel A.10 Neraca Massa Untuk Knock Out Drum (S-301)

H2 _1373,716 _1,308 _1372,407

CO2 _13,019 _0,011 _13,008

CO 19575,207 28,679 19546,529

H2O _25162,335 _19248,022 _5914,313

Subtotal _46124,277 _19278,020 _26846,257

Total 46124,277 46124,277

Tabel A.11 Neraca Massa Untuk Knock Out Drum (S-302A)

Top S-301 Aliran 26 Top S-302A

H2 1373,719 1,504 1372,214

CO2 13,012 0,013 13,000

CO 19554,478 32,944 19521,534

H2O 8913,860 7034,585 1879,275

Subtotal 29855,069 7069,046 22786,023

Total 29855,069 29855,069

Tabel A.12Neraca Massa Untuk Knock Out Drum (S-302B)

Top S-302A Bottom S-302B Aliran 27

H2 1373,467 0,809 1372,658

CO2 13,004 0,007 12,997

CO 19521,537 17,689 19503,847

H2O 1879,277 1255,300 623,977

Subtotal 22787,284 1273,805 21513,479

(34)

Tabel A.13 Neraca Massa Untuk Knock Out Drum (S-303)

H2 _1373,467 _1372,658 _0,809

CO2 _13,004 _12,997 _0,007

CO 19521,537 19503,847 17,689

H2O _1879,277 _623,977 _1255,300

Subtotal 22787,284 21513,479 1273,805

(35)

A.11 Reaktor Sintesis Dimetil Eter

Reaktor Sintesis Dimetil Eter berfungsi untuk mengubah syngas menjadi dimetil eter secara satu tahap dalam satu reaktor. Tahap ini adalah penggabungan dari reaksi pembentukan metanol dari syngas (H2 dan CO) yang diikuti oleh proses dehidrasi metanol.

29 30

Aliran 29 adalah aliran gas yang siap disintesis Aliran 30 adalah aliran gas yang telah disintesis CO + 2H2  CH3OH

CH3OH  CH3OCH3 + H2O CO + H2  CO2 + H2O

Reaksi 1 CO + 2H2  CH3OH

In N29CO N29H2 N29CH3OH

Reaksi -r -2r r

Out N30CO N30H2 N30CH3OH

N29 CO = F29CO / BM CO = 695,857 kmol N29H2 = F29H2 / BM H2 = 678,101 kmol Konversi reaksi adalah 76%

0,76 x N29CO CO

CO CO

X

N

r

(36)

CO + 2H2  CH3OH

In 695,857 678,101 0

Reaksi 257,678 515,357 257,678

Out 438,178 162,74431 257,678

N30CO = 438,094 kmol F30CO = 12271,0254 kg N30H2 (1) = 163,08812 kmol F30H2 = 329,43800 kg N30CH3OH (1) = 258,223 kmol F30CH3OH = 8779,57701 kg

Reaksi 2 2CH3OH  CH3OCH3 + H2O

In N30CH3OH N30CH3OCH3 N30H2O

Reaksi -2r -r -r

Out N30CH3OH N30CH3OCH3 N30H2O

N30CH3OH = F30CH3OH / BM CH3OH = 258,223 kmol Konversi reaksi adalah 98%

0,98 x N30CH3OH

CH3OH  CH3OCH3 + H2O

In 258,223

Reaksi 258,223 126,271 126,271

Out 5,681 126,271 126,271

NCH3OH = _5,681 kmol FCH3OH = _193,15069 NCH3OCH3 (1) _{= 126,27098} kmol FCH3OCH3 _{= 6313,54876} NH2O (1) = _126,271 kmol FH2O _{= 2272,87755}

Reaksi 3 CO + H2  CO2 + H2

In N30CO N30H2 N29CO2 N30H2

Reaksi -r -r r r

Out N30CO N30H2 N30CO2 N30H2

OH CH

X N r

(37)

NCO = FCO / BM CO = _438,094 kmol NH2O = FH2O / BM H2O = _126,271 kmol NCO2 = FCO / BM CO2 = _0,295 kmol NH2 = FH2 / BM H2 = _163,088 kmol

CO + H2  CO2 + H2O

In 438,094 126,263 0,29532 163,088

Reaksi 123,746 123,746 123,746 123,746

Out 314,349 2,52542 124,04087 286,834

N30CO = _314,349 kmol F30C0 = 8804,91234 kg N30H2O (1) = _2,52542 kmol N30H2O (1) = _45,50806 kg N30CO2 (1) = _124,04087 kmol N30CO2 (1) = 5459,03880 kg N30H2 (1) = _286,834 kmol N30H2 (1) = _579,40402 kg

Katalis yang diperlukan adalah Cu-Zn dan Al2O3 dengan rasio 1:1 sebanyak 3 gram per kg syngas

=3 gr (1 kg/1000 gr) × 21642,560 kg = 64,540 kg

Minyak yang digunakan sebagai medium katalis adalah sebanyak 0,4 gram per kg katalis

= 0,4 gr × 64,540 = 25,81618 kg

Tabel A.13 Neraca Massa pada Reaktor sintesis Dimetil Eter (R-401)

Aliran 29 Aliran 30

H2 _1372,658 _579,404

CO2 _12,997 _5459,039

CO _19503,847 _8804,912

H2O _623,977 _45,508

CH3OCH3 _6313,549

CH3OH _193,151

Subtotal _21513,479 _21642,560

(38)

A.12 KO-Drum (S-401)

KO-Drum digunakan untuk memisahkan dimetil eter dari gas yang tidak sempurna bereaksi

E-33

31

32 33

Aliran 31 adalah aliran gas yang telah disintesis

Aliran 32 adalah aliran gas yang tidak sempurna bereaksi Aliran 33 adalah aliran dimetil eter

Tabel A.14 Neraca Massa pada Ko-Drum Dimetil Eter (S-401)

Komponen Masuk Keluar

Aliran 31 Aliran 32 Aliran 33

H2

579,404 579,404 CO2

5459,039 5459,039 CO

8804,912 8804,912 H2O

45,508 45,508

CH3OCH3

6313,549 6313,549

CH3OH

193,151 193,151

Subtotal

21642,560 14843,355 6552,21

Total

(39)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA ENERGI

Basis perhitungan = 1 jam operasi Satuan operasi = kJ

Kapasitas produksi = 50.000 ton/tahun Suhu Referensi = 25 oC

LB.1 Data-Data Kapasitas Panas, Panas Perubahan Fasa, dan Panas Reaksi

Komponen

LB.1.1 Data-Data Kapasitas Panas Komponen Gas

Tabel LB.1 Data Kapasitas Panas Komponen Gas ( kJ/mol K)

Komponen a b c d

H2 27,1430244 0,009273762 -1,38081E-05 7,6451E-09 CO2 19,7951904 0,073436472 -5,60194E-05 1,71533E-08 CO 30,8692764 -0,012853476 2,78925E-05 -1,27153E-08 H2O 32,2425468 0,001923835 1,05549E-05 -3,59646E-09 CH4 19,2509064 0,05212566 1,19742E-05 -1,13169E-08 C2H4 3,8058012 0,15658632 -8,34848E-05 1,75511E-08 C2H6 5,4093456 0,178106472 -6,93753E-05 8,71273E-09

LB.1.2 Data-Data Panas Perubahan Fasa Komponen

Tabel LB.2 Data Panas Perubahan Fasa Komponen (Reklaitis, 1983).

Komponen ∆Hvl pada titik didihnya (kJ/mol)

H2O 40,6562

LB.1.3 Data-Data Kapasitas Panas Komponen Cair

Tabel LB.3 Data Kapasitas Panas Komponen Cair ( kJ/mol K)

Komponen a b c d

(40)

C2H4 0,24739 -0,004428 0,000040936 -1,697E-07 C2H6 0,000044009 0,089718 0,00091877 -0,001886 (Sumber : Perry’s, 2007)

LB.1.4 Data-Data Panas Reaksi Komponen

Tabel LB.6 Data Panas Reaksi Pembentukan Komponen

Komponen Hf (kJ/mol)

H2 0,000

Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 1983) :

3

Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi : dT

Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah : 2

(41)

LB.2 Perhitungan Neraca Panas LB.2.1Rotary Drier 01 (RD-101)

Fungsi : Mengeringkan aliran serbuk TKKS sampai kandungan airnya = 12%.

2

c. Menghitung temperatur pengeringan TKKS sampai 12 % moisture Diketahui air yang teruapkan = 14980,136 kg

= 831306,125 mol

(42)

untuk i = komponen air (H2O)

Nilai V/F = mol air teruapkan / mol air mula-mula = 0,591

Setelah Trial & Error diperoleh T = 373,110 K, dengan P = 101,320 kPa

Komponen Zi A B C

H2O 1,000 65,930 -7227,000 0,000

D E F Ln Pv

-7,177 0,000 2,000 4,620

Komponen Pv(kPa) K1 y1 x1

H2O 101,475 1,002 1,000 0,999

Hair yang teruapkan, T =373,110 oK dT = 74,960

Komponen n (mol) ∫CpdT, kJ/mol Hi, kJ

H2O 4002269,196 19,329 -8,905E+08

Hair tak teruapkan + TKKS, T = 373,110 oK dT = 74,960

H2O TKKS

m,kg

10370,864 76053,000 n,mol

575519,625 530205,085 Hf (l), kJ/mol

-285,840 -801,121

∫CpdT, kJ/mol _5,652 _0,090

Hi

-1,6125E+08 -4,2471E+08 H4, kJ

-5,8596E+08

d. Menghitung entalpi aliran 3, H3

H3 = (H2 + H13) – H3

H3 = Hair tak teruapkan + TKKS, T = 373,110 oK

H3 = -5,2359E+08 kJ

(43)

Komponen n (mol) ∫CpdT, kJ/mol ΔHi, kJ

N2 4416537,376 2,832 1,251E+07

O2 125538,907 2,886 3,623E+05

SO2 2327,165 3,959 -6,817E+05

CO2 921169,413 3,703 -3,591E+08

H2O 4538486,759 3,288 -3,262E+08

H3 -6,7309E+08

Neraca Panas pada Rotary Drier (RD-101)

Entalpi Masuk (kJ) Entalpi Keluar (kJ)

H2 H14 H13 H3

-8,2635E+08 -2,8320E+08 -6,7309E+08 -5,8596E+08

(44)

LB.2.2 Gasifier (R-201)

3

12

4

Parameter Operasi :

TOutput = 870 oC = 1598 oF POutput = 1,565 atm = 23 psia

Tin = 30 oC

Aliran 2

Aliran 4 Tout = 870oC

ΔH

Analisis proksimat Tandan Kosong Kelapa Sawit (wt %): Mouisture content = 5,73

Volatile matter = 73,74 Fixed carbon = 18,44

Ash = 2,21

Analisis ultimasi (wt %):

C = 43,52

H = 5,72

O = 48,9

N = 1,2

(45)

Perhitungan Neraca energi gasifier (R-201)

a. Entalpi aliran 3 (H3)

massa TKKS kering (F3)= 76503 + 10370,864 = 76053,000 kg T = 30 oC = 303,150 K

Komponen n (mol) CpdT, kJ/mol Hf, kJ/mol Hi (kJ)

H2O 576159,091 0,075 -241,997 -139385583,091 TKKS 650009,294 7,330 -193,826 -121224122,244

H2, kJ -260609705,335

b. Entalpi aliran 3a, H3a

Aliran 3a adalah aliran steam (low pressure).Tsteam = 126.667 oC

Komponen n (mol) CpLdT Hv CpVdT Hf Hi (kJ)

H2O 624290,041 5,672 40,683 916,144 -241,997 449802500,809

H3, kJ 449802500,809

c. Entalpi aliran 12, H12 pada = 982,222 oC = 1255,372 K

Aliran 12 adalah olivine yang terbawa dari Cylone (S-203)

Komponen n (mol) CpdT, kJ/mol Hi (kJ)

Olivine 33699855,249 69,710 2349200646,223

H9, kJ 2349200646,223

d. Entalpi aliran produk pada 870 oC

Aliran 4 adalah gas sintesa yang terbentuk + char + olivine Diketahui : T = 870 oC = 1143,15 K

(Sumber : Technical Report NREL/TP-510-37408 May 2005, page 8)

H2 _559505,268 _31,121 _17412225,726

CO2 _295718,162 _56,163 _16608436,578

CO 1233443,034 33,631 41481409,287

H2O _2252716,770 _42,862 _96556530,962

CH4 _418189,573 _77,580 _32443280,731

C2H4 _138514,925 _99,929 _13841660,976

C2H6 _19714,475 _131,368 _2589857,144

Char 113386,285 106,186 7347280,630

Olivine 33699855,249 69,068 2327585703,894

(46)

f. Menghitung panas reaksi (Q) pada gasifier Q = H3 – H4 – H13 – H5

= 0 kJ

Tabel LB-6Neraca Energi pada Gasifier (R-201)

Komponen Masuk (kJ) Keluar (kJ)

H3 H3a H12 H4

H2 17412225,726

CO2 16608436,578

CO 41481409,287

H2O -139385583,091 449802500,809 96556530,962

CH4 32443280,731

C2H4 13841660,976

C2H6 _2589857,144

Olivine 2349200646,223 2327585703,894

Char 7347280,630

TKKS -121224122,244

Jumlah -260609705,335 449802500,809 2349200646,223 2538393441,697

Sub total 2538393441,697 2538393441,697

Q 0,00000000000000

(47)

LB.2.3 Cyclone (S-201)

Fungsi : Memisahkan partikel char + olivine + abu yang terbawa aliran gas sintesa dari Gasifier (R-201)

4

16

5

Entalpi aliran 4, H4, pada 870 oC = 2538393441,697 kJ

a. Menghitung entalpi aliran 5, H5pada T = 870 oC

Komponen n (mol) CpdT, kJ/mol ∑Hi (kJ)

olivine 33464264,637 69,068 2311313902,843

char 222,682 64,799 14429,499

H5 2311328332,343

b. Menghitung entalpi aliran 16, H16 pada T = 870 oC H16 = H4 – H5

Komponen _H5

H6 H15

H2 17412225,726 17412225,726

CO2 16608436,578 16608436,578

CO 41481409,287 41481409,287

H2O 96556530,962 96556530,962

CH4 32443280,731 32443280,731

C2H4 13841660,976 13841660,976

C2H6 2589857,144 2589857,144

Olivine 2327585703,894 2311313902,843 16271801,050

Char 7347280,630 14429,499 7332851,131

(48)

Tabel LB-7 Neraca Panas pada Cyclone (S-201)

H4 H5 H16

H2 _17412225,726 _17412225,726

CO2 _16608436,578 _16608436,578

CO 41481409,287 41481409,287

H2O _96556530,962 _96556530,962

CH4 _32443280,731 _32443280,731

C2H4 _13841660,976 _13841660,976

C2H6 _2589857,144 _2589857,144

Olivine 2327585703,894 2311313902,843 16271801,050

Char 7347280,630 14429,499 7332851,131

Jumlah 2555866385,928 2311328332,343 244538053,586 Sub total _{2555866385,928} _{2555866385,928}

Panas reaksi (Q) 0,000

Total 2555866385,928 2555866385,928

(49)

LB.2.4 Char Combustor (R-202)

Fungsi : Membakar char (arang) TKKS hasil dari gasifikasi pada gasifier (R-201)

11

5

10 8

a. Menghitung entalpi aliran 9, H9

Aliran9 adalah aliran udara masuk ke Blower (K-201). udara dipompa dari 1 atm sampai dengan 1,5 atm.

Dari perhitungan pada spesifikasi K-201, diketahui T9 = 32,222 oC Entalpi aliran 10, H10 dihitung pada temperatur 32,2222 oC

N2 24638642,031 29,173 2351505912,051 O2 35163527,204 29,430 5316119208,649

H6 7661625120,700

b. Menghitung entalpi aliran 10, H10

Aliran 10adalah aliran udara pembakar yang berasal dari Blower (K-201). udara dipompa dari 1 atm sampai dengan 1,5 atm.

Dari perhitungan pada spesifikasi K-201, diketahui T10 = 94,331 oC = 367,481 K

N2 21679853,404 29,173 632476066,842

O2 17127084,189 29,430 504043916,761

H7 1136519983,603

(50)

MgO 350,081 37,110 12991,500

H11 12991,500

d. Menghitung entalpi aliran 7, H7 pada suhu 30 oC Aliran 7 adalah make upOlivine

Olivine 37069,841 71,462 2649097,972

H11 2649097,972

e. Menghitung entalpi pencampuran aliran 6 dan 7 yang masuk pada R-202

Komponen H5 (kJ) H14 (kJ) Hi (kJ)

olivine 2311313902,843 35126,471 2311349029,315 char _14429,499 _14741,397 _29170,896

H5&14 2311378200,211

f. Menghitung entalpi pada aliran 9 dan 10 yang masuk pada R-202

Komponen H11 (kJ) H12 (kJ) Hi (kJ)

MgO 12991,500 12991,500

Olivine 2649097,972 2649097,972

H11&12 2662089,471

g. Menghitung panas reaksi char TKKS (∆HR) pada 25 oC

produk reakt an 250_C niHfi niHfi

Hr

Komponen ni reaktan (mol) ni produk (mol) Hf, kJ/mol Hi (kJ)

Char -222682,021 -17,403 3875435,911

O2 -404820,813 0 0,000

SO2 423047,053 -297,053 -125667590,794

CO2 13408,042 -393,685 -5278542,219

H2O 364689,796 -241,997 -88253851,153

Abu 95589,163 -0,869 -83033,526

∆HR -215407581,781

h. Menghitung perubahan entalpi aliran produk R-202 dari 25 oC sampai 982,222 oC Reaksi:

(51)

Out N8char N8O2 N8CO2 N8SO2 N8H2O N8Abu

Komponen n (mol) Cp, kJ/mol Hi (kJ)

N2 21679853,404 33,239 720612640,256 O2 15395405,364 34,543 531810214,058

SO2 423047,053 56,033 23704805,560

CO2 13408,042 57,637 772804,857

H2O 364689,796 44,177 16110722,357

Abu 95589,163 35,359 3379953,289

MgO 12991,500 52,567 682917,667

Olivine 32488783,269 69,710 2264777402,954

HProduk 3561851460,999

i. Menghitung panas reaksi (Q) keseluruhan Q = ∆HR + HProduk – H5&14 – H11&12 – H7 = 0 kJ

Tabel LB-9 Neraca Energi pada Char Combustor (R-202)

H5 H8 H10 H11

N2 633131320,941 720612640,256

O2 512678068,548 531810214,058

SO2 23704805,560

CO2 772804,857

H2O 16110722,357

Abu 3379953,289

Olivine 2311349029,315 2649097,972 2264777402,954

Char 29170,896

MgO 12991,500 18402,524

Jumlah 2311378200,211 2662089,471 1145809389,489 3561186945,856

Sub total 3459849679,171 3561186945,856

∆HR -215407581,781

Q 0

(52)

LB.2.5 Cyclone (S-203)

13

12

11

a. Entalpi aliran 11, H11, pada 982,2222 oC = 3561186945,856 kJ

b. Entalpi aliran 12, H12 pada T = 982,2222 oC = 2349200646,223 kJ

c. Menghitung entalpi aliran 13, H13 pada T = 870 oC H10 = H8 – H9

Komponen _H11

H13 H12

N2 720612640,256 720612640,256

O2 531810214,058 531810214,058

SO2 23704805,560 23704805,560

CO2 772804,857 772804,857

H2O 16110722,357 16110722,357

Abu 3379953,289 3379953,289

Olivine 2264777402,954 2349200646,223 -84423243,269

Char 0,000 0,000

MgO 18402,524 18402,524

(53)

Tabel LB-10 Neraca energi pada Cyclone (S-203)

H11 H12 H13

N2 720612640,256 720612640,256

O2 531810214,058 531810214,058

SO2 23704805,560 23704805,560

CO2 772804,857 772804,857

H2O 16110722,357 16110722,357

Abu 3379953,289 3379953,289

Olivine 2264777402,954 2349200646,223 -84423243,269

Char 0,000 0,000

MgO 18402,524 18402,524

Jumlah 3561186945,856 2349200646,223 1211986299,633 Sub total 3561186945,856 3561186945,856

Q _0,000

(54)

LB.2.6 Reformer (R-203)

Reformer berfungsi untuk mengkonversi komponen CH4, C2H4,dan C2H6menjadi CO dan H2

16

17

Parameter Operasi :

Tinput = 870 oC; Toutput = 750,56 oC

Pinput = 22 psia = 1,5 atm

a. Entalpi aliran 15, H15, pada 870 oC = 24488185,717 kJ

b. Menghitung entalpi aliran 16, H16 pada T = 30 oC

Katalis olivine 405,106 47,443 19219,320

c. Perhitungan entalpi reaksi pada T =25 oC

produk reakt an 250_C niHfi niHfi

Hr

Reaksi 1

CH4 + H2O  CO + 3H2

in : N15CH4 N15H2O N15CO N15H2

Reaksi : 83653,036 83653,036 83653,036 250959,108 out : N18CH4 N18H2O (1) N18CO (1) N18H2 (1)

Komponen ni reaktan (mol) ni produk (mol) Hf (kJ/mol) ∆Hi (kJ)

CH4

(55)

H2O

(56)

d. Menghitung entalpi pada suhu keluaran reformer sebesar 750,556 oC T = 750,556 oC = 1023,706 K

Komponen m (kg) n (mol) CpdT (kJ/mol) Hi (kJ)

H2 1372,259 680684,262 30,368 20670969,074 CO2 13014,468 295718,162 54,668 16166339,113 CO 55125,396 1967998,017 33,300 65535244,087 H2O 35939,656 1994974,021 41,415 82621692,924 CH4 5367,179 334551,658 73,020 24428946,603

C2H4 1942,935 69257,463 95,443 6610163,333

C2H6 59,281 1340,191 124,382 245211,933

Olivine 204,784 3369,986 68,692 231490,087

Char 1,681 112936,107 55,639 6283663,312

H18 222793720,466

e. Menghitung entalpi aliran 17, H17, pada T = 750,556 oC

Olivine 405,106 67,984 27540,744

H17 27540,744

Tabel LB-11 Neraca Energi pada Reformer (R-203)

H16 H17

H2 17412225,726 20670969,074

CO2 16608436,578 16166339,113

CO 41481409,287 65535244,087

H2O 96556530,962 82621692,924

CH4 32443280,731 24428946,603

C2H4 13841660,976 6610163,333

C2H6 2589857,144 245211,933

Olivine 16236674,579 231490,087

Char 7318109,734 6283663,312

Jumlah 260818996,418 222793720,466

Sub total 260818996,418 222821261,210

∆HR 37997735,208

Panas reaksi (Q) 0,00000

(57)

LB.2.7 Cooler (H-201 & H-202)

P-4

H-201 H-202

P-10

P-8 P-20

18 17

H-201 H-202

Hot Fluid cold Fluid Hot Fluid cold Fluid

1383 High T 575,439 807,561 ∆ t2 530 High T 304,8465 225,154 ∆ t2

530 Low T 304,846 225,154 ∆ t1 300 Low T 230 70 ∆ t1

LMTD 455,990 LMTD 132,804

1. Perhitungan Neraca Energi Pada H-201

a. Entalpi aliran 18, H18 pada 750,556 oC = 222793720,466 kJ

Aliran 18 adalah aliran keluar dari R-203 yang ingin didinginkan.

b. Menghitung entalpi aliran 18-out, H18-out dari suhu 750,556 oC sampai 276,667 oC Aliran 18-out adalah aliran 18 yang telah didinginkan.

Tin = 750,556 o

C

Aliran 18

Aliran 18-out Tout = 276,667

o

C

(58)

T1 = 750,556 oC = 1023,706 K T2 = 276,667 oC = 549,817 K

Komponen m (kg) n (mol) CpdT, kJ/mol Hi (kJ)

H2 1372,259 680684,262 29,338 19970199,987

CO2 13014,468 295718,162 46,088 13629132,294

CO 55125,396 1967998,017 30,121 59277421,782

H2O 35939,656 1994974,021 35,893 71606153,104

CH4 5367,179 334551,658 49,649 16610251,701

C2H4 1942,935 69257,463 67,579 4680377,281

C2H6 59,281 1971,448 83,811 165229,682

Olivine 204,784 3369,986 57,315 193150,770

Char 1,681 112936,107 36,340 4104107,563

H18-out 190236024,163

Besarnya panas yang perlu diserap agar suhu operasi dapat tercapai adalah : Q1 = Qout – Qin

CpdT = 5322,014 kJ/mol Maka jumlah air pendingin yang dibutuhkan adalah :

(59)

Tabel LB-12 Neraca Energi pada Cooler (H-201)

H17 H17a

H2 20670969,074 19970199,987 CO2 16166339,113 13629132,294 CO 65535244,087 59277421,782 H2O 82621692,924 71606153,104 CH4 24428946,603 16610251,701 C2H4 6610163,333 4680377,281

C2H6 245211,933 165229,682

Olivine 231490,087 193150,770 Char 6283663,312 4104107,563 Sub total 222793720,466 190236024,163

Q _{-32557696,303}

Total 190236024,163 190236024,163

2. Perhitungan Neraca Energi Pada H-202

a. Entalpi aliran 18-out, H18out pada 343,333 oC = 183391507,028 kJ

Aliran 18-out adalah aliran keluar dari H-201 yang ingin didinginkan kembali. b. Menghitung entalpi aliran 19, H19 pada 148,889 oC

Aliran 19 adalah aliran 18a yang telah didinginkan. T1 = 276,667 oC = 549,817 K T2 = 148,889 oC = 422,039 K

H2 1372,259 680684,262 29,172 19857032,002

CO2 13014,468 295718,162 42,100 12449644,719 CO 55125,396 1967998,017 29,457 57971097,279 H2O 35939,656 1994974,021 34,664 69154049,067

CH4 5367,179 334551,658 42,532 14229170,841

C2H4 1942,935 69257,463 56,341 3902008,692

C2H6 59,281 1971,448 68,875 135783,951

Tin = 276,667 oC

Aliran 18-out

Aliran 19 Tout = 148,889 oC

(60)

Olivine 204,784 3369,986 53,024 178689,123

Char 1,681 112936,107 9,799 1106617,514

H19 5461461,124 178984093,187

Besarnya panas yang perlu diserap agar suhu operasi dapat tercapai adalah : Q2 = Qout – Qin Maka jumlah air pendingin yang dibutuhkan adalah :

Nair = _424,731

H17 H18

H2 20670969,074 19857032,002 CO2 16166339,113 12449644,719 CO 65535244,087 57971097,279 H2O 82621692,924 69154049,067 CH4 24428946,603 14229170,841 C2H4 6610163,333 3902008,692

C2H6 245211,933 135783,951

Olivine 231490,087 178689,123 Char 6283663,312 1106617,514 Sub total 222793720,466 178984093,187

Q -43809627,279

(61)

LB.2.8 Scrubber Gas Sintesis (M-301 & M-302)

Scrubber berfungsi untuk mendinginkan aliran gas

19 18

20 21

1. Perhitungan neraca energi pada venturi scrubber (M-302)

a. Entalpi aliran 19, H19, pada suhu 60 oC = 178984093,187 kJ

b. Menghitung entalpi produk dari Venturi Scrubber (M-302) dengan mengestimasi suhu keluarannya.

Laju alir inlet air scrubber (aliran scrub-02) pada venturi scrubber adalah 1/2 dari aliran 20.

T = 43,333 oC = 316,483 K

Komponen m (kg) n (mol) Cp, kJ/mol ∑Hi (kJ)

H2O 8636,731 479416,200 0,329 157668,592

CH4 0,003 0,173 -0,474 -0,082

C2H4 0,001 0,023 -0,316 -0,007

C2H6 0,000 0,006 0,139 0,001

(62)

Menghitung suhu keluaran dari venturi scrubber

T2 = 60,000 oC = 333,150 K

H2 1372,259 680684,262 28,983 19728081,787

CO2 13014,468 295718,162 38,677 11437574,297

CO 55125,396 1967998,017 29,213 57490603,138

H2O 44576,387 2474390,221 29,599 73239415,942

CH4 5367,182 334551,831 37,527 12554768,364

C2H4 1942,936 69257,485 47,356 3279730,753

C2H6 59,281 1971,454 57,368 113097,958

Olivine 204,784 3369,986 49,186 165757,519

Char _1,681 _112936,107 _6,816 _769820,879

H19out 178778850,638

Tabel LB-14 Neraca Energi Pada Venturi Scrubber (M-302)

H18 H19a H19

H2 19857032,002 19728081,787

CO2 12449644,719 11437574,297

CO 57971097,279 57490603,138

H2O 69154049,067 157668,592 73239415,942 CH4 14229170,841 -0,082 12554768,364

C2H4 3902008,692 -0,007 3279730,753

C2H6 135783,951 0,001 113097,958

Olivine 178689,123 165757,519

Char 1106617,514 769820,879

Jumlah 178984093,187 157668,504 178778850,638 Sub total 178984093,187 178936519,142

Q 0,0000000

Total 178984093,187 178936519,142 2. Perhitungan neraca energi pada Quench Chamber (M-301)

a. Entalpi aliran 19 out, H19out, pada 60 oC = 178778850,434 kJ b. Perhitungan entalpi aliran 20, H20 pada suhu 60 oC

T = 60 oC = 333,150 K

H2O 17273,462 958832,400 0,371 356106,253

(63)

C2H4 0,001 0,045 -0,366 -0,017

C2H6 0,000 0,013 0,159 0,002

H20 356106,038

c. Menghitung entalpi aliran 21, H21, pada 60 oC

Aliran 21 adalah aliran gas yang telah bersih dan dingin (T = 60 oC) T = 60 oC = 333,150 K

H2 1372,258 680683,360 28,983 19728055,629

CO2 13,014 295,718 38,677 11437,574

CO 19566,368 698526,932 29,213 20405881,662

H2O 18211,947 1010926,773 33,922 34292626,861

H21 126346155,961

d. Menghitung entalpi aliran 29, H29, pada T = 60 oC

Aliran 29 adalah aliran sludge (char dan olivine) yang terserap oleh air T = 60 oC = 333,150 K

H29 = H19out + Hscrub01– H20 – H21

= 176208430,434 + 151422,130 – 341998,137 – 126346155,961 Tabel LB-15 Neraca Energi pada Quench Chamber (M-301)

H18 H19a H19 H21 H20

H2 19728081,787 19728055,629 26,158

CO2 11437574,297 11437,574 11426136,723

CO 57490603,138 20405881,662 37084721,477

H2O 73239415,942 356106,253 157668,592 34292626,861 38748351,421

CH4 12554768,364 0,201 0,082 12554768,483

C2H4 3279730,753 0,017 0,007 3279730,763

C2H6 113097,958 0,002 0,001 113097,957

Olivine 165757,519 165757,519

Char 769820,879 769820,879

Jumlah 178778850,638 151422,13 341998,14 126346155,96 104142411,379

Sub total 178936519,142 178936519,142

Q 0,000

(64)

LB.2.9 Quench Water Recirculation Cooler

Fungsi : Mendinginkan aliran keluar dari M-302 sampai dengan 43,333 oC

a. Entalpi aliran 20, H20 pada 60 oC = 356106,038 kJ Aliran 20 adalah aliran keluar dari M-302

b. Menghitung entalpi aliran scrub, Hscrub pada 43,3333 oC Aliran scrub adalah aliran 20 yang telah didinginkan.

T1 = 60 oC = 333,150 K T2 = 43,333 oC = 316,483 K

Komponen m (kg) n (mol) CpdT, kJ/mol ∑Hi (kJ)

H2O 17273,462 958832,400 0,329 315337,185

CH4 0,006 0,346 -0,474 -0,164

C2H4 0,001 0,045 -0,316 -0,014

C2H6 0,000 0,013 0,139 0,002

Hscrub 315337,008

c. Menghitung beban Cooler H-301 (QH-301) QH-301 = Hscrub– H20 = -40769,029 kJ

d. Menghitung kebutuhan air pendingin Cooler H-301 (QH-301) Suhu Air pendingin masuk, T1 = 32,222 oC = 305,372 K Suhu Air pendingin keluar, T2 = 43,333 oC = 316,483 K

Tin = 60 oC

Aliran 20

Aliran scrub Tout = 43,3333 oC

(65)

483

CpdT = 0,835188 kJ/mol

Maka jumlah air pendingin yang dibutuhkan adalah : Nair =

H19 H19a

H2O 356106,253 315337,185

CH4 -0,201 -0,164

C2H4 -0,017 -0,014

C2H6 0,002 0,002

Sub total 356106,038 315337,008 Q -40769,029

(66)

LB.2.10 Knock Out Drum (S-301)

Fungsi : memisahkan dua fasa sebelum aliran gas dikompres.

P-418

H2 1371,407 680261,193 28,983 19715820,075

CO2 13,007 295,557 38,677 11431,328

CO 19547,695 697860,282 29,213 20386406,975

H2O 5839,143 324124,956 33,922 10994956,780

H23 51108615,157

Tabel LB-17 Neraca Energi pada Knock Out Drum (S-301)

H21 H24 H22 H23

H2 19728055,629 19707962,180 19720197,734 19715820,075

CO2 11437,574 11421,319 11427,566 11431,328

CO 20405881,662 20352242,356 20371717,043 20386406,975 H2O 34292626,861 2957664,474 26255334,555 10994956,780 Jumlah 74438001,726 43029290,329 66358676,898 51108615,157

Sub total 117467292,055 117467292,055

Q 0,000

(67)

LB.2.11 Compressor (K-301A)

a. Entalpi aliran 23, H23, pada 60 oC = 51108615,157 kJ

b. Menghitung entalpi produk kompressor, Hproduk pada Temperatur discharge. Berdasarkan perhitungan spesifikasi alat pada kompressor (K-301), diperoleh temperatur discharge adalah = 145,6504 oC = 418,8004 K

H2 _1371,407 _680261,193 _29,167 _19840906,958

CO2 13,007 295,557 41,985 12408,935

CO 19547,695 697860,282 29,444 20548075,025 H2O 5839,143 324124,956 34,635 11226177,913

Hdischarge 51627568,831 Tabel LB-18 Neraca Energi pada Compressor (K-301A)

H23 Hdischarge

H2 19715820,075 19840906,958

CO2 11431,328 12408,935

CO 20386406,975 20548075,025 H2O 10994956,780 11226177,913 Jumlah 51108615,157 51627568,831 Sub total 51108615,157 51627568,831

Q 518953,674

Total 51627568,831 51627568,831

Tin =60 oC

Input

Output

Tout = 145,65 o

C

(68)

Tin =60 oC

Input

Output Tout = 145,65

o

C

ΔH LB.2.12 Air-cooler (H-302A)

a. Entalpi aliran input, Hinput, pada 145,650 oC = 51627563,831 kJ

b. Menghitung entalpi produk air cooler, Hproduk pada Temperatur = 60 oC = 333,15K

H2 1371,407 680261,193 28,983 19715820,075

CO2 13,007 295,557 38,677 11431,328

CO 19547,695 697860,282 29,213 20386406,975 H2O _5839,143 _324124,956 _33,922 _10994956,780

Hi 51108615,157

Tabel LB-19 Neraca Energi pada Air Cooler (H-302A)

Hinput Houtput

H2 19840906,958 19715820,075

CO2 12408,935 11431,328

CO 20548075,025 20386406,975 H2O 11226177,913 10994956,780 Jumlah 51627568,831 51108615,157 Sub total 51627568,831 51108615,157

Q -518953,674

Total 51108615,157 51108615,157

(69)

LB.2.13 Knock Out Drum (S-302A)

Fungsi : memisahkan dua fasa sebelum aliran gas dikompres.

P-418

H2 _1370,860 _679990,069 _28,983 _19707962,180

CO2 12,996 295,298 38,677 11421,319

CO 19514,936 696690,771 29,213 20352242,356

H2O 1570,741 87190,235 33,922 2957664,474

Htop 43029290,329

H2 19715820,075 19692214,736 19700072,631 19707962,180

CO2 11431,328 11413,283 11423,292 11421,319

CO 20386406,975 20327220,786 20361385,405 20352242,356 H2O 10994956,780 792855,262 8830147,568 2957664,474 Jumlah 51108615,157 40823704,067 48903028,895 43029290,329

Sub total 91932319,224 91932319,224

Q 0,000